工程教育专业认证背景下的环境分析与监测课程建设
发布时间：2021-03-13
[摘要]在工程教育专业认证背景下，大学的工科教育正在向以学生为主体，以产出为导向的教育理念靠拢。这对于环境分析与监测课程的建设提出了新的挑战。本文从案例-理论、线上-线下、实践-理论、前沿-基础、思政-理论等多维度出发，论述了环境分析与监测课程的建设思路，力求通过扩充教学内容，探索教学方式，开拓和建设好环境分析与监测课程体系，为培养更多更合格的新时代环保领域工科卓越人才作出贡献。
[关键词]工程教育专业认证;环境分析与监测;课程建设
工程教育专业认证是一种国际通行的工程教育质量保障制度，2007年我国教育部、财政部决定实施“高等教育本科教学质量与教学改革工程”，对提高工程教育质量具有重要的推动作用[1]。2016年6月2日我国成为了国际本科学位互认协议《华盛顿协议》的正式会员，这意味着我国的工程教育专业认证得到了国际认可，为我国工科教育的国际化提供了良好的契机[2]。
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华东理工大学资源与环境工程学院是我国最早从事环境保护教学与科研的单位之一，是国内为数不多的以环境为核心、化学化工为特色、环境与安全协同发展的学院之一。为积极响应我国工程教育专业认证要求，华东理工大学环境工程专业已经分别在2014年和2017年两次完成了专业认证工作，并不断在本科课程建设方面向工程教育专业认证要求靠拢[2]。
工程教育认证对工科课程建设提出的新要求集中体现在指以学生为主体，以产出为导向的教育理念，即可称之为Outcomes-basedEducation(OBE)，其在工程教育认证中具有重要的导向作用[3]。本文将以环境工程中的重要专业必修课《环境分析及监测》课程为例，对应于工程教育认证要求的OBE等教育理念，从案例-理论、线上-线下、实践-理论、前沿-基础、思政-理论等多维度出发，论述该课程的教学改革思路和内容，为相关环境专业工科课程改革思路提供一些启发和参考。
1环境分析与监测课程现状
1.1培养目标
《环境分析及监测》是环境工程专业的一门专业必修课。该课程以国家现行标准、法规、监测技术和方法为依据，教授学生掌握水和废水、空气和废气、固体、土壤等不同环境介质中环境监测方案制订、样品保存和预处理方法，掌握各类环境样品的基本分析监测方法，了解这些方法的基本原理和技术，懂得分析监测过程中的质量保证及数据处理内容和方法，并对最新的监测方法技术发展趋势有所了解。该课程为进一步从事环境污染监管和治理方向的学习和工作打下基础，同时培养学生科学精神，增强社会责任感。
1.2培养目标和毕业要求的关系
对应于工程教育认证的毕业要求，《环境分析及监测》这门课程应满足：(1)使学生掌握解决复杂环境工程问题所需要的专业基础知识及其应用，即能掌握水和废水、空气和废气、固体、土壤等不同环境介质中环境监测方案制订、样品保存和预处理方法，掌握各类环境样品的基本分析监测方法，了解这些方法的基本原理和技术，懂得分析监测过程中的质量保证及数据处理内容和方法。(2)使学生能识别和判断复杂环境工程问题的关键环节和参数。即能运用不同环境介质中监测方案制订原则和监测技术原理、判断复杂环境工程问题中涉及的环境监测技术需求，制订相应监测方案，选择合理有效的监测技术，正确评价监测结果。为了达到以上的毕业要求，应该在如下各方面积极开展课程教学内容的建设。
2课程教学内容建设思路
2.1案例-理论结合
《环境分析与监测》本身是一门同实践应用结合紧密的专业课程，而工程教育认证则非常重视理论和实践的结合。本课程的理论课现选用了奚旦立著的《环境监测》(第5版)，其中已经包含了一定数量的案例[4]，但为更充分达地满足工程教育认证的毕业要求，我们同时建设了现代环境监测技术案例库，其中包括了地表水监测、空气监测、物理性污染监测、工业固定污染源监测方案制定等多方面的内容，涵盖了现代环境监测技术的各个方面，具有前瞻性和典型性。该案例库的建设一方面能够有效解决课堂教学过程中学生对实际应用了解不足的问题，另一方面能够体现基础知识与实际应用的结合，教会学生运用书本知识来解决今后可能在实际应用场合中遇到的问题。例如，为了提高学生对于工业固定污染源监测方案制定过程的理解和掌握，在案例库中加入了大型化工企业、小型工业企业(如印刷企业)和环保企业(如工业区污水处理厂)等不同企业的案例，提供相应的企业背景资料、生产工艺和设施、产品产量、主要污染防治设施、主要污染排放口和污染物种类等信息，经过学生们自行讨论和思考，根据查阅相关标准规范，制定合理的自行监测方案。由此激发学生灵活应用课堂教学知识点，培养其解决实际环境监测问题的能力，最大限度地实现工程教育专业认证的培养目标。
2.2实践-理论结合
《环境分析与监测》课程也是一门同实践操作高度相关的专业课程，所以在教学内容设置中也配备了专门的实验课程，并强调了同各种实践活动相结合[5]。在环境分析与监测实验课程中目前主要依照水、气、土壤等环境介质中的重点监测项目，设置了化学需要量、生化需氧量、水中溶解氧、水中氨氮、空气中氮氧化物、校园区域环境噪声评价、土壤中水溶性氟化物等实验教学内容，着重训练学生对于理论知识应用于实践的能力。由于理论课程和实验课程是在同一学期进行，特别强调了理论教学和实验课程的同步推进，使得学生可以在理论课程学习到相关内容后立即在实验课程中进行实践，加深学生对课程理论内容的掌握。同时实验课程也在如水中溶解氧、校园区域环境噪声评价等实验中设置了具体实际场景下的采样点位判断和实验结果分析，结合相关标准进行评价等环节，培养学生能识别和判断复杂实际环境中的正确选择监测方案和分析技术，并对结果进行有效评价的能力。除了实验教学，我们还通过大学生创新实验和各类课外科技活动中设立相关环境监测的内容，让学生有更多的机会实际接触到环境分析和监测的实践内容，为培养学生将课堂中的理论应用于实际做出努力。
2.3线上-线下结合
当前随着互联网的普及，慕课等线上教学方式广受推崇。线上教学具有传播范围广，授课便捷，便于学生灵活安排学习时间和重点内容反复观看等优点，其是线下教学的有力补充。对于教师而言则是大大节省了一些固定教学内容的重复讲解，把宝贵的教学时间用于重点内容的提点和案例讨论等，同时也是今后翻转课堂的重要基础。环境分析与监测作为环境工程专业的必修课程，进行线上课程的建设是很有必要的。而恰逢今年的疫情，也一定程度上加快了我校该课程线上授课建设进度，截止目前已经将全部课程进行了线上讲解的视频录制并在线上平台上给学生开放学习。从实际效果上看，学生普遍反映通过线上视频教学、问答和作业复习等环节，可以对教学的重点内容进行重复学习和记忆，起到了良好的教学效果。同时线上和线下结合后的教学可以起到一加一大于二的效果，比如在本学期学生返校后进行的环境监测实验课程教授时，就安排了线上教学进行每个实验的原理、步骤和要点讲解。在学生达到实验室后，老师就不再详细讲述相关实验的背景和原理，只是重点强调操作要点和注意事项。通过这样的教学过程，我们发现学生对于一些实验操作要点和细节的掌握程度明显提升。原因是需要线上打卡的视频教学，起到了督促学生预习的作用，而且线上视频的优点在于可以反复观看，强化了学生对于操作要点的记忆。而到了实验室后老师对于实验操作要点的提点就相当于是一种复习和回忆，这使得学生在实际实验中对于要点记忆更为深刻，表现出了更好的实验操作水平。
2.4前沿-基础结合
培养合格的工程人才，就必须将教学内容同最新的领域前沿紧密结合。在本课程中，将区域立体监测、新兴污染物监测技术等环境监测的前沿发展内容编写教学到讲义和案例库中。比如在大气区域立体监测方面，重点介绍了大气垂直观测系留气球等最新的监测技术。长期以来，大气污染物观测主要借助近地面监测系统，在理论课程中也讲解过地面大气监测的布点，能获取近地面气象参数及各种污染物的浓度数据，但往往受限于点位数量，不能满足区域大气污染物浓度的空间分辨率要求。对于站点未覆盖的区域范围，多数情况下通过插值方法近似估算，导致其结果的精度较低。更重要的是，地面监测系统无法获取污染物的垂直输送与转化特征，对于研究污染物区域输送的相互影响存在较多的局限性。系留气球是当前大气垂直观测的常用手段，由于其机动灵活性较高，且升降过程中不会产生较大的湍流，因此有利于获取稳定可靠、分辨率高、准确性好的探空数据。系留气球一般以气球、系留缆绳、锚泊设施和设备挂件组成，其上可以搭载的仪器主要有O3监测仪、NOx监测仪、PM2.5监测仪、挥发性有机物监测仪等，产生的数据对检验大气模型性能以及星载遥感数据的校准方面都有重要的价值。此外，在理论课程中也会讲解到痕量有机物的监测分析方法，如色谱技术等，但针对当今环境领域日益引起关注的新兴污染物，如医药和个人护理品等，一些最新的监测技术能够比传统技术达到更为令人满意的测试效果，比如以超高分辨的静电场轨道阱技术为基础的质谱在未知化合物筛查和目标化合物确认以及定量分析方面的功能极为突出，是当前做环境污染物监测分析最高端的仪器设备，被积极应用于痕量新兴污染物的定性和定量分析。
2.5思政-理论结合
思想政治理论课是高校思想政治工作的重要手段，是落实立德树人根本任务的关键途径。工程教育专业认证既然是强调对于学生为主体的教育，思政教育必然是不可分割的一部分。结合《环境分析与监测》这门课程的特点，将思政教学要点有机融入到现有的课程内容中，在每个重要课程章嵌入合理而生动的思政教学环节，以便做到教学内容的丰富和生动性。例如在讲解到各类监测技术的发展体系时就可提及我国当前在“两山理论”指导下的生态文明建设成就。在过去的几年中，我国在大气、水体和土壤领域的环境保护工作取得了举世注目的成就。同时我国的生态环境监管模式越发成熟，环境监测技术和体系越发完善，市场规模也持续扩大。以大气环境监测为例，经过多年的发展已经形成了国家、省、市、县四级监测网络，并且正在向固定污染源自动在线监测、区域立体监测、智能大数据分析等技术前沿领域发展，为我国环境质量的进一步提升作出贡献。此外，对于合格工程专业人才的培养也离不开工程伦理等思政内容的教育，在本课程中同样有所强调。比如随着环保标准不断提升，对环境监测工作的质量提出了更高的要求。那么作为第三方监测单位的技术人员，不仅需要提高工程师本身的监测技术能力，而且需要具备工程师的职业伦理水平。在某些企业排放口确实污染超标的情况下，监测人员应该如何处理这些监测结果?提供什么样的监测服务是真正为企业利益着想?这是需要同学生进行讨论，以明辨是非的问题。例如，2019年生态环境部就通报过某第三方监测单位的弄虚作假行为，当事的监测机构随后被禁止参与政府购买的环境监测服务和政府委托项目。当事的监测企业法人、环境实验室质量负责人等被列入弄虚作假不良记录名单。这样的处理措施有力地回击了环境监测行业中存在的某些不良现象，有利于进一步规范市场行为，也为环境监测工程师树立正确的职业价值观、道德感和职业伦理提到了积极的推动作用。
3结语
工程教育专业认证背景下工科教育正在向以学生为主体，以产出为导向的教育理念靠拢，在此要求下的华东理工大学的环境分析与监测课程建设从案例-理论、线上-线下、实践-理论、前沿-基础、思政-理论等多维度出发，通过扩充教学内容，探索教学方式，努力开拓和建设环境分析与监测课程体系，为培养更多更合格的新时代环保领域工科卓越人才而努力。——论文作者：张巍1,2,3，修光利1,2,3
